JP7806101B2 - 検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置に関する。

指紋パターンや静脈パターンを検出可能な光センサが知られている（例えば、特許文献１）。このような光センサでは、活性層として有機半導体材料が用いられた複数のフォトダイオードを有するセンサが知られている。有機半導体材料は、下部電極と上部電極との間に配置される。

特開２００９－３２００５号公報

フォトダイオードの下部電極の面積を大きくすると、センサ容量を大きくすることができるものの、光の照射により発生したフォトキャリア（電子又は正孔）の読み出しに要する時間が増大する可能性がある。また、フォトダイオードの下部電極の面積を小さくすると、センサ感度が低下する可能性がある。

本発明は、検出性能を向上させることが可能な検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の検出装置は、基板と、前記基板に配列された複数のフォトダイオードと、を有し、複数の前記フォトダイオードは、それぞれ前記基板の上に下部電極、下部バッファ層、活性層、上部バッファ層及び上部電極の順に積層され、複数の前記下部電極には複数の開口部が設けられている。

図１は、実施形態に係る検出装置を示す平面図である。 図２は、実施形態に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。 図３は、検出装置を示す回路図である。 図４は、複数の部分検出領域を示す回路図である。 図５は、実施形態に係る検出装置の、下部電極を拡大して示す平面図である。 図６は、図５のＶＩ－ＶＩ’断面図である。 図７は、検出装置の動作例を説明するための説明図である。 図８は、下部電極の電極部及び開口部とそれぞれ重なる領域での、下部バッファ層の電位を説明するための説明図である。 図９は、第１変形例に係る検出装置の、下部電極を拡大して示す平面図である。 図１０は、第２変形例に係る検出装置の、下部電極を拡大して示す平面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、本開示の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本開示と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る検出装置を示す平面図である。図１に示すように、検出装置１は、基板２１と、センサ部１０と、ゲート線駆動回路１５と、信号線選択回路１６と、検出回路４８と、制御回路１２２と、電源回路１２３と、第１光源基材５１と、第２光源基材５２と、光源５３、５４と、を有する。第１光源基材５１には、複数の光源５３が設けられる。第２光源基材５２には複数の光源５４が設けられる。

基板２１には、配線基板７１を介して制御基板１２１が電気的に接続される。配線基板７１は、例えば、フレキシブルプリント基板やリジット基板である。配線基板７１には、検出回路４８が設けられている。制御基板１２１には、制御回路１２２及び電源回路１２３が設けられている。制御回路１２２は、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）である。制御回路１２２は、センサ部１０、ゲート線駆動回路１５及び信号線選択回路１６に制御信号を供給して、センサ部１０の検出動作を制御する。また、制御回路１２２は、光源５３、５４に制御信号を供給して、光源５３、５４の点灯又は非点灯を制御する。電源回路１２３は、センサ電源信号ＶＤＤＳＮＳ（図４参照）等の電圧信号をセンサ部１０、ゲート線駆動回路１５及び信号線選択回路１６に供給する。また、電源回路１２３は、電源電圧を光源５３、５４に供給する。

基板２１は、検出領域ＡＡと、周辺領域ＧＡとを有する。検出領域ＡＡは、センサ部１０が有する複数のフォトダイオードＰＤが設けられた領域である。周辺領域ＧＡは、検出領域ＡＡの外周と、基板２１の端部との間の領域であり、複数のフォトダイオードＰＤが設けられない領域である。

センサ部１０は、光センサ素子として複数のフォトダイオードＰＤを有する。フォトダイオードＰＤは、それぞれに照射される光に応じた電気信号を出力する。より具体的には、フォトダイオードＰＤは、有機半導体を用いたＯＰＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）である。複数のフォトダイオードＰＤは、検出領域ＡＡにマトリクス状に配列される。複数のフォトダイオードＰＤは、有機半導体の下部に配置された下部電極２３と、有機半導体の上部に配置された上部電極２４と、を含む。複数の下部電極２３は、複数のフォトダイオードＰＤごとに設けられ、検出領域ＡＡにマトリクス状に配列される。上部電極２４は、複数のフォトダイオードＰＤに跨がって設けられ、検出領域ＡＡに連続して設けられる。なお、フォトダイオードＰＤ、下部電極２３及び上部電極２４の構成については、図５以下で後述する。

複数のフォトダイオードＰＤは、ゲート線駆動回路１５から供給されるゲート駆動信号ＶＧＬに従って検出を行う。複数のフォトダイオードＰＤは、それぞれに照射される光に応じた電気信号を、検出信号Ｖｄｅｔとして信号線選択回路１６に出力する。検出装置１は、複数のフォトダイオードＰＤからの検出信号Ｖｄｅｔに基づいて、被検出体に関する情報を検出する。

ゲート線駆動回路１５及び信号線選択回路１６は、周辺領域ＧＡに設けられる。具体的には、ゲート線駆動回路１５は、周辺領域ＧＡのうち第２方向Ｄｙに沿って延在する領域に設けられる。信号線選択回路１６は、周辺領域ＧＡのうち第１方向Ｄｘに沿って延在する領域に設けられ、センサ部１０と検出回路４８との間に設けられる。

なお、以下の説明において、第１方向Ｄｘは、基板２１と平行な面内の一方向である。第２方向Ｄｙは、基板２１と平行な面内の一方向であり、第１方向Ｄｘと直交する方向である。なお、第２方向Ｄｙは、第１方向Ｄｘと直交しないで交差してもよい。また、「平面視」とは、基板２１と垂直な方向から見た場合の位置関係をいう。

複数の光源５３は、第１光源基材５１に設けられ、第２方向Ｄｙに沿って配列される。複数の光源５４は、第２光源基材５２に設けられ、第２方向Ｄｙに沿って配列される。第１光源基材５１及び第２光源基材５２は、それぞれ、制御基板１２１に設けられた端子部１２４、１２５を介して、制御回路１２２及び電源回路１２３と電気的に接続される。

複数の光源５３及び複数の光源５４は、例えば、無機ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等が用いられる。複数の光源５３及び複数の光源５４は、それぞれ異なる波長の光を出射する。

光源５３から出射された第１光は、主に指等の被検出体の表面で反射されセンサ部１０に入射する。これにより、センサ部１０は、指等の表面の凹凸の形状を検出することで指紋を検出することができる。光源５４から出射された第２光は、主に指等の内部で反射し又は指等を透過してセンサ部１０に入射する。これにより、センサ部１０は、指等の内部の生体に関する情報を検出できる。生体に関する情報とは、例えば、指や掌の脈波、脈拍、血管像等である。すなわち、検出装置１は、指紋を検出する指紋検出装置や、静脈などの血管パターンを検出する静脈検出装置として構成されてもよい。

なお、図１に示す光源５３、５４の配置は、あくまで一例であり適宜変更することができる。検出装置１は、光源として複数種類の光源５３、５４が設けられている。ただし、これに限定されず、光源は１種類であってもよい。例えば、第１光源基材５１及び第２光源基材５２のそれぞれに、複数の光源５３及び複数の光源５４が配置されていてもよい。また、光源５３及び光源５４が設けられる光源基材は１つ又は３つ以上であってもよい。あるいは、光源は、少なくとも１つ以上配置されていればよい。

図２は、実施形態に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、検出装置１は、さらに検出制御回路１１と検出部４０と、有する。検出制御回路１１の機能の一部又は全部は、制御回路１２２に含まれる。また、検出部４０のうち、検出回路４８以外の機能の一部又は全部は、制御回路１２２に含まれる。

検出制御回路１１は、ゲート線駆動回路１５、信号線選択回路１６及び検出部４０にそれぞれ制御信号を供給し、これらの動作を制御する回路である。検出制御回路１１は、スタート信号ＳＴＶ、クロック信号ＣＫ等の各種制御信号をゲート線駆動回路１５に供給する。また、検出制御回路１１は、選択信号ＡＳＷ等の各種制御信号を信号線選択回路１６に供給する。また、検出制御回路１１は、各種制御信号を光源５３、５４に供給して、それぞれの点灯及び非点灯を制御する。

ゲート線駆動回路１５は、各種制御信号に基づいて複数のゲート線ＧＣＬ（図３参照）を駆動する回路である。ゲート線駆動回路１５は、複数のゲート線ＧＣＬを順次又は同時に選択し、選択されたゲート線ＧＣＬにゲート駆動信号ＶＧＬを供給する。これにより、ゲート線駆動回路１５は、ゲート線ＧＣＬに接続された複数のフォトダイオードＰＤを選択する。

信号線選択回路１６は、複数の信号線ＳＧＬ（図３参照）を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路１６は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路１６は、検出制御回路１１から供給される選択信号ＡＳＷに基づいて、選択された信号線ＳＧＬと検出回路４８とを接続する。これにより、信号線選択回路１６は、フォトダイオードＰＤの検出信号Ｖｄｅｔを検出部４０に出力する。

検出部４０は、検出回路４８と、信号処理回路４４と、座標抽出回路４５と、記憶回路４６と、検出タイミング制御回路４７と、を備える。検出タイミング制御回路４７は、検出制御回路１１から供給される制御信号に基づいて、検出回路４８と、信号処理回路４４と、座標抽出回路４５と、が同期して動作するように制御する。

検出回路４８は、例えばアナログフロントエンド回路（ＡＦＥ：Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）である。検出回路４８は、少なくとも検出信号増幅回路４２及びＡ／Ｄ変換回路４３の機能を有する信号処理回路である。検出信号増幅回路４２は、検出信号Ｖｄｅｔを増幅する。Ａ／Ｄ変換回路４３は、検出信号増幅回路４２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。

信号処理回路４４は、検出回路４８の出力信号に基づいて、センサ部１０に入力された所定の物理量を検出する論理回路である。信号処理回路４４は、指が検出面に接触又は近接した場合に、検出回路４８からの信号に基づいて指や掌の表面の凹凸を検出できる。また、信号処理回路４４は、検出回路４８からの信号に基づいて生体に関する情報を検出できる。生体に関する情報は、例えば、指や掌の血管像、脈波、脈拍、血中酸素濃度等である。

記憶回路４６は、信号処理回路４４で演算された信号を一時的に保存する。記憶回路４６は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、レジスタ回路等であってもよい。

座標抽出回路４５は、信号処理回路４４において指の接触又は近接が検出されたときに、指等の表面の凹凸の検出座標を求める論理回路である。また、座標抽出回路４５は、指や掌の血管の検出座標を求める論理回路である。座標抽出回路４５は、センサ部１０の各フォトダイオードＰＤから出力される検出信号Ｖｄｅｔを組み合わせて、指等の表面の凹凸の形状を示す二次元情報及び指や掌の血管の形状を示す二次元情報を生成する。なお、座標抽出回路４５は、検出座標を算出せずにセンサ出力電圧Ｖｏとして検出信号Ｖｄｅｔを出力してもよい。

次に、検出装置１の回路構成例について説明する。図３は、検出装置を示す回路図である。図３に示すように、センサ部１０は、マトリクス状に配列された複数の部分検出領域ＰＡＡを有する。複数の部分検出領域ＰＡＡには、それぞれフォトダイオードＰＤが設けられている。

ゲート線ＧＣＬは、第１方向Ｄｘに延在し、第１方向Ｄｘに配列された複数の部分検出領域ＰＡＡと接続される。また、複数のゲート線ＧＣＬ（１）、ＧＣＬ（２）、…、ＧＣＬ（８）は、第２方向Ｄｙに配列され、それぞれゲート線駆動回路１５に接続される。なお、以下の説明において、複数のゲート線ＧＣＬ（１）、ＧＣＬ（２）、…、ＧＣＬ（８）を区別して説明する必要がない場合には、単にゲート線ＧＣＬと表す。また、図３では説明を分かりやすくするために、８本のゲート線ＧＣＬを示しているが、あくまで一例であり、ゲート線ＧＣＬは、Ｍ本（Ｍは８以上、例えばＭ＝２５６）配列されていてもよい。

信号線ＳＧＬは、第２方向Ｄｙに延在し、第２方向Ｄｙに配列された複数の部分検出領域ＰＡＡのフォトダイオードＰＤに接続される。また、複数の信号線ＳＧＬ（１）、ＳＧＬ（２）、…、ＳＧＬ（１２）は、第１方向Ｄｘに配列されて、それぞれ信号線選択回路１６及びリセット回路１７に接続される。なお、以下の説明において、複数の信号線ＳＧＬ（１）、ＳＧＬ（２）、…、ＳＧＬ（１２）を区別して説明する必要がない場合には、単に信号線ＳＧＬと表す。

また、説明を分かりやすくするために、１２本の信号線ＳＧＬを示しているが、あくまで一例であり、信号線ＳＧＬは、Ｎ本（Ｎは１２以上、例えばＮ＝２５２）配列されていてもよい。また、センサの解像度は例えば５０８ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）とされ、セル数は２５２×２５６とされる。また、図３では、信号線選択回路１６とリセット回路１７との間にセンサ部１０が設けられている。これに限定されず、信号線選択回路１６とリセット回路１７とは、信号線ＳＧＬの同じ方向の端部にそれぞれ接続されていてもよい。

ゲート線駆動回路１５は、スタート信号ＳＴＶ、クロック信号ＣＫ、リセット信号ＲＳＴ１等の各種制御信号を、制御回路１２２（図１参照）から受け取る。ゲート線駆動回路１５は、各種制御信号に基づいて、複数のゲート線ＧＣＬ（１）、ＧＣＬ（２）、…、ＧＣＬ（８）を時分割的に順次選択する。ゲート線駆動回路１５は、選択されたゲート線ＧＣＬにゲート駆動信号ＶＧＬを供給する。これにより、ゲート線ＧＣＬに接続された複数の駆動トランジスタＴｒにゲート駆動信号ＶＧＬが供給され、第１方向Ｄｘに配列された複数の部分検出領域ＰＡＡが、検出対象として選択される。

信号線選択回路１６は、複数の選択信号線Ｌｓｅｌと、複数の出力信号線Ｌｏｕｔと、出力トランジスタＴｒＳと、を有する。複数の出力トランジスタＴｒＳは、それぞれ複数の信号線ＳＧＬに対応して設けられている。６本の信号線ＳＧＬ（１）、ＳＧＬ（２）、…、ＳＧＬ（６）は、共通の出力信号線Ｌｏｕｔ１に接続される。６本の信号線ＳＧＬ（７）、ＳＧＬ（８）、…、ＳＧＬ（１２）は、共通の出力信号線Ｌｏｕｔ２に接続される。出力信号線Ｌｏｕｔ１、Ｌｏｕｔ２は、それぞれ検出回路４８に接続される。

ここで、信号線ＳＧＬ（１）、ＳＧＬ（２）、…、ＳＧＬ（６）を第１信号線ブロックとし、信号線ＳＧＬ（７）、ＳＧＬ（８）、…、ＳＧＬ（１２）を第２信号線ブロックとする。複数の選択信号線Ｌｓｅｌは、１つの信号線ブロックに含まれる出力トランジスタＴｒＳのゲートにそれぞれ接続される。また、１本の選択信号線Ｌｓｅｌは、複数の信号線ブロックの出力トランジスタＴｒＳのゲートに接続される。

制御回路１２２（図１参照）は、選択信号ＡＳＷを順次選択信号線Ｌｓｅｌに供給する。これにより、信号線選択回路１６は、出力トランジスタＴｒＳの動作により、１つの信号線ブロックにおいて信号線ＳＧＬを時分割的に順次選択する。また、信号線選択回路１６は、複数の信号線ブロックでそれぞれ１本ずつ信号線ＳＧＬを選択する。このような構成により、検出装置１は、検出回路４８を含むＩＣ（Integrated Circuit）の数、又はＩＣの端子数を少なくすることができる。なお、信号線選択回路１６は、複数の信号線ＳＧＬを束ねて検出回路４８に接続してもよい。

図３に示すように、リセット回路１７は、基準信号線Ｌｖｒ、リセット信号線Ｌｒｓｔ及びリセットトランジスタＴｒＲを有する。リセットトランジスタＴｒＲは、複数の信号線ＳＧＬに対応して設けられている。基準信号線Ｌｖｒは、複数のリセットトランジスタＴｒＲのソース又はドレインの一方に接続される。リセット信号線Ｌｒｓｔは、複数のリセットトランジスタＴｒＲのゲートに接続される。

制御回路１２２は、リセット信号ＲＳＴ２をリセット信号線Ｌｒｓｔに供給する。これにより、複数のリセットトランジスタＴｒＲがオンになり、複数の信号線ＳＧＬは基準信号線Ｌｖｒと電気的に接続される。電源回路１２３は、基準信号ＣＯＭを基準信号線Ｌｖｒに供給する。これにより、複数の部分検出領域ＰＡＡに含まれる容量素子Ｃａ（図４参照）に基準信号ＣＯＭが供給される。

図４は、複数の部分検出領域を示す回路図である。なお、図４では、検出回路４８の回路構成も併せて示している。図４に示すように、部分検出領域ＰＡＡは、フォトダイオードＰＤと、容量素子Ｃａと、駆動トランジスタＴｒとを含む。容量素子Ｃａは、フォトダイオードＰＤに形成される容量（センサ容量）であり、等価的にフォトダイオードＰＤと並列に接続される。

図４では、複数のゲート線ＧＣＬのうち、第２方向Ｄｙに並ぶ２つのゲート線ＧＣＬ（ｍ）、ＧＣＬ（ｍ＋１）を示す。また、複数の信号線ＳＧＬのうち、第１方向Ｄｘに並ぶ２つの信号線ＳＧＬ（ｎ）、ＳＧＬ（ｎ＋１）を示す。部分検出領域ＰＡＡは、ゲート線ＧＣＬと信号線ＳＧＬとで囲まれた領域である。

駆動トランジスタＴｒは、複数のフォトダイオードＰＤのそれぞれに対応して設けられる。駆動トランジスタＴｒは、薄膜トランジスタにより構成されるものであり、この例では、ｎチャネルのＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型のＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成されている。

第１方向Ｄｘに並ぶ複数の部分検出領域ＰＡＡに属する駆動トランジスタＴｒのゲートは、ゲート線ＧＣＬに接続される。第２方向Ｄｙに並ぶ複数の部分検出領域ＰＡＡに属する駆動トランジスタＴｒのソースは、信号線ＳＧＬに接続される。駆動トランジスタＴｒのドレインは、フォトダイオードＰＤのアノード及び容量素子Ｃａに接続される。

フォトダイオードＰＤのカソードには、電源回路１２３からセンサ電源信号ＶＤＤＳＮＳが供給される。また、信号線ＳＧＬ及び容量素子Ｃａには、電源回路１２３から、信号線ＳＧＬ及び容量素子Ｃａの初期電位となる基準信号ＣＯＭが供給される。

露光期間Ｐｅｘ（図７参照）で部分検出領域ＰＡＡに光が照射されると、フォトダイオードＰＤには光量に応じた電流が流れ、これにより容量素子Ｃａに電荷が蓄積される。読み出し期間Ｐｄｅｔ（図７参照）で駆動トランジスタＴｒがオンになると、容量素子Ｃａに蓄積された電荷に応じて、信号線ＳＧＬに電流が流れる。信号線ＳＧＬは、信号線選択回路１６の出力トランジスタＴｒＳを介して検出回路４８に接続される。これにより、検出装置１は、部分検出領域ＰＡＡごとにフォトダイオードＰＤに照射される光の光量に応じた信号を検出できる。

検出回路４８は、読み出し期間Ｐｄｅｔ（図７参照）にスイッチＳＳＷがオンになり、信号線ＳＧＬと接続される。検出回路４８の検出信号増幅回路４２は、信号線ＳＧＬから供給された電流の変動を電圧の変動に変換して増幅する。検出信号増幅回路４２の非反転入力部（＋）には、固定された電位を有する基準電位（Ｖｒｅｆ）が入力され、反転入力部（－）には、信号線ＳＧＬが接続される。実施形態では、基準電位（Ｖｒｅｆ）電圧として基準信号ＣＯＭと同じ信号が入力される。信号処理回路４４（図２参照）は、光が照射された場合の検出信号Ｖｄｅｔと、光が照射されていない場合の検出信号Ｖｄｅｔとの差分をセンサ出力電圧Ｖｏとして演算する。また、検出信号増幅回路４２は、容量素子Ｃｂ及びリセットスイッチＲＳＷを有する。リセット期間においてリセットスイッチＲＳＷがオンになり、容量素子Ｃｂの電荷がリセットされる。

次に、フォトダイオードＰＤの構成例について説明する。図５は、実施形態に係る検出装置の、下部電極を拡大して示す平面図である。なお、図５では、図面を見やすくするために、下部電極２３に斜線を付けて示している。また、図５では、フォトダイオードＰＤの上部電極２４、活性層３１、下部バッファ層３２及び上部バッファ層３３（図６参照）等の図示を省略して、下部電極２３の構成を主に示す。

図５に示すように、複数の下部電極２３は、複数のフォトダイオードＰＤのそれぞれに対応して、基板２１の上にマトリクス状に設けられる。複数の下部電極２３は、フォトダイオードＰＤのアノード電極であり、検出電極と表す場合がある。

下部電極２３の外形は、四角形状に形成されている。複数の下部電極２３には複数の開口部ＯＰ１が設けられている。複数の開口部ＯＰ１は、第１方向Ｄｘに配列され、それぞれ第２方向Ｄｙに延在するスリット状に形成されている。言い換えると、複数の下部電極２３は、それぞれ、複数の第１電極部２３ａと、複数の第２電極部２３ｂと、を含む。複数の第１電極部２３ａ及び複数の第２電極部２３ｂは、それぞれ細幅の線状に形成されている。

複数の第２電極部２３ｂは、第１方向Ｄｘに配列され、それぞれ第２方向Ｄｙに延在する。２つの第１電極部２３ａは、それぞれ第１方向Ｄｘに延在する。一方の第１電極部２３ａは、複数の第２電極部２３ｂの第２方向Ｄｙの一端側に接続される。他方の第１電極部２３ａは、複数の第２電極部２３ｂの第２方向Ｄｙの他端側に接続される。言い換えると、第２方向Ｄｙで、２つの第１電極部２３ａの間に複数の第２電極部２３ｂが配置される。このような構成により、複数の開口部ＯＰ１は、それぞれ２つの第１電極部２３ａと２つの第２電極部２３ｂとで囲まれた領域に形成される。

複数の下部電極２３は、それぞれ、絶縁膜２７（図６参照）に形成されたコンタクトホールＣＨを介して基板２１に設けられた給電配線２６に電気的に接続される。より具体的には、複数のコンタクトホールＣＨは、複数の第２電極部２３ｂのそれぞれと重なる領域に設けられている。給電配線２６は、複数の第２電極部２３ｂと交差して第１方向Ｄｘに延在し、複数のコンタクト部（コンタクトホールＣＨ）を介して下部電極２３に電気的に接続される。給電配線２６は、基板２１に設けられた駆動トランジスタＴｒ（図４参照）に電気的に接続される。

本実施形態では、複数のコンタクトホールＣＨが設けられているので、１つの下部電極２３に１箇所のコンタクト部が設けられた構成に比べて、給電配線２６と下部電極２３との接続抵抗を抑制することができる。したがって、給電配線２６を介して下部電極２３に給電する際の、実質的な抵抗値を低減することができる。また、複数のコンタクトホールＣＨは、第２電極部２３ｂの第２方向Ｄｙの中央部に実質的に位置している。このため、複数のコンタクトホールＣＨから一方の第１電極部２３ａまでの、給電時の電流経路Ｉｐ（図９、図１０参照）の長さと、複数のコンタクトホールＣＨから他方の第１電極部２３ａまでの、給電時の電流経路Ｉｐの長さを等しくすることができる。ただし、複数のコンタクトホールＣＨは、第２電極部２３ｂの中央部からずれた位置であってもよい。

なお、図５に示す下部電極２３の構成はあくまで一例であり、適宜変更することができる。下部電極２３が有する第２電極部２３ｂは６本であるが、これに限定されず、３本以上５本以下、あるいは７本以上であってもよい。また、開口部ＯＰ１の第１方向Ｄｘでの幅は、第２電極部２３ｂの第１方向Ｄｘでの幅と同程度であるが、第２電極部２３ｂと異なる幅であってもよい。

次にフォトダイオードＰＤの積層構成について説明する。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ’断面図である。なお、図６では、基板２１に形成された各種トランジスタ及び各種配線（ゲート線ＧＣＬ、信号線ＳＧＬ等）を省略して示す。

なお、基板２１の表面に垂直な方向において、基板２１から封止膜２８に向かう方向を「上側」又は単に「上」とする。また、封止膜２８から基板２１に向かう方向を「下側」又は単に「下」とする。

基板２１は、絶縁性基板であり、例えば、ガラスや樹脂材料が用いられる。基板２１は、平板状に限定されず、曲面を有していてもよい。この場合、基板２１は、フィルム状の樹脂であってもよい。

基板２１には、駆動トランジスタＴｒ等のＴＦＴや、ゲート線ＧＣＬ、信号線ＳＧＬ等の各種配線が設けられる。各ＴＦＴ、各種配線が形成された基板２１は、所定の検出領域ごとにセンサを駆動する駆動回路基板であり、バックプレーン又はアレイ基板とも呼ばれる。

給電配線２６は、基板２１の上に設けられる。給電配線２６は、例えば金属配線であり、フォトダイオードＰＤの下部電極２３よりも良好な導電性を有する材料で形成される。給電配線２６は、複数のフォトダイオードＰＤ（下部電極２３）ごとに設けられ、それぞれ駆動トランジスタＴｒに電気的に接続される。絶縁膜２７は、給電配線２６を覆って基板２１の上に設けられる。絶縁膜２７は、無機絶縁膜であってもよいし、有機絶縁膜であってもよい。

フォトダイオードＰＤは、絶縁膜２７の上に設けられる。より詳細には、フォトダイオードＰＤは、下部電極２３と、下部バッファ層３２と、活性層３１と、上部バッファ層３３と、上部電極２４と、を有する。フォトダイオードＰＤは、基板２１に垂直な方向で、下部電極２３、下部バッファ層３２（正孔輸送層）、活性層３１、上部バッファ層３３（電子輸送層）、上部電極２４の順に積層される。

下部電極２３は、フォトダイオードＰＤのアノード電極であり、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透光性を有する導電材料で形成される。本実施形態の検出装置１は、被検出体からの光が基板２１を透過してフォトダイオードＰＤに入射する、下面受光型の光センサとして形成される。

活性層３１は、照射される光に応じて特性（例えば、電圧電流特性や抵抗値）が変化する。活性層３１の材料として、有機材料が用いられる。具体的には、活性層３１は、ｐ型有機半導体と、ｎ型有機半導体であるｎ型フラーレン誘導体（ＰＣＢＭ）とが混在するバルクヘテロ構造である。活性層３１として、例えば、低分子有機材料であるＣ６０（フラーレン）、ＰＣＢＭ（フェニルＣ６１酪酸メチルエステル：Phenyl C61-butyric acid methyl ester）、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン：Copper Phthalocyanine）、Ｆ１６ＣｕＰｃ（フッ素化銅フタロシアニン）、ｒｕｂｒｅｎｅ（ルブレン：5,6,11,12-tetraphenyltetracene）、ＰＤＩ（Perylene（ペリレン）の誘導体）等を用いることができる。

活性層３１は、これらの低分子有機材料を用いて蒸着型（Dry Process）で形成することができる。この場合、活性層３１は、例えば、ＣｕＰｃとＦ１６ＣｕＰｃとの積層膜、又はｒｕｂｒｅｎｅとＣ６０との積層膜であってもよい。活性層３１は、塗布型（Wet Process）で形成することもできる。この場合、活性層３１は、上述した低分子有機材料と高分子有機材料とを組み合わせた材料が用いられる。高分子有機材料として、例えばＰ３ＨＴ（poly（3-hexylthiophene））、Ｆ８ＢＴ（F8-alt-benzothiadiazole）等を用いることができる。活性層３１は、Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭとが混合した状態の膜、又はＦ８ＢＴとＰＤＩとが混合した状態の膜とすることができる。

下部バッファ層３２は正孔輸送層であり、上部バッファ層３３は電子輸送層である。下部バッファ層３２及び上部バッファ層３３は、活性層３１で発生した正孔及び電子が下部電極２３又は上部電極２４に到達しやすくするために設けられる。下部バッファ層３２（正孔輸送層）は、下部電極２３の上に直接接し、開口部ＯＰ１の内部にも設けられる。活性層３１は、下部バッファ層３２の上に直接接する。正孔輸送層の材料は、酸化金属層とされる。酸化金属層として、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化モリブデン等が用いられる。

上部バッファ層３３（電子輸送層）は、活性層３１の上に直接接し、上部電極２４は、上部バッファ層３３の上に直接接する。電子輸送層の材料は、エトキシ化ポリエチレンイミン（ＰＥＩＥ）が用いられる。

なお、下部バッファ層３２、活性層３１及び上部バッファ層３３の材料、製法はあくまで一例であり、他の材料、製法であってもよい。例えば、下部バッファ層３２及び上部バッファ層３３は、それぞれ単層膜に限定されず、電子ブロック層や、正孔ブロック層を含んで積層膜として形成されていてもよい。

上部電極２４は上部バッファ層３３の上に設けられる。上部電極２４は、フォトダイオードＰＤのカソード電極であり、検出領域ＡＡの全体に亘って連続して形成される。言い換えると、上部電極２４は複数のフォトダイオードＰＤの上に連続して設けられる。上部電極２４は、下部バッファ層３２、活性層３１及び上部バッファ層３３を挟んで、複数の下部電極２３と対向する。上部電極２４は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ等の透光性を有する導電材料で形成される。

封止膜２８は、上部電極２４の上に設けられる。封止膜２８は、シリコン窒化膜や酸化アルミニウム膜などの無機膜、あるいはアクリルなどの樹脂膜が用いられる。封止膜２８は、単層に限定されず、上記の無機膜及び樹脂膜を組み合わせた２層以上の積層膜であってもよい。封止膜２８によりフォトダイオードＰＤは良好に封止され、上面側からの水分の侵入を抑制することができる。

次に図７及び図８を参照して、検出装置１の露光期間Ｐｅｘ及び読み出し期間Ｐｄｅｔの動作例について説明する。図７は、検出装置の動作例を説明するための説明図である。図７に示すように、露光期間Ｐｅｘと読み出し期間Ｐｄｅｔとが交互に配置される。露光期間Ｐｅｘでは、駆動トランジスタＴｒがオフとなり、フォトダイオードＰＤの活性層３１に照射された光に応じたフォトキャリア（電子又は正孔）がチャージされる。読み出し期間Ｐｄｅｔで、ゲート線駆動回路１５（図２参照）は、複数のゲート線ＧＣＬ（１）からゲート線ＧＣＬ（Ｍ）を順次走査し、各行の駆動トランジスタＴｒが駆動される。これにより、読み出し期間Ｐｄｅｔに、各行のフォトダイオードＰＤの読み出しが行われる。

上述したように、本実施形態では下部電極２３に複数の開口部ＯＰ１が設けられている。このため、下部電極２３が連続したベタ膜で形成された場合に比べて、対向する下部電極２３と上部電極２４との間の容量を抑制することができ、下部電極２３の時定数を小さくすることができる。これにより、読み出し期間Ｐｄｅｔに必要な時間を抑制することができ、１フレーム（１Ｆ）の検出に要する時間を抑制することができる。なお、１フレーム（１Ｆ）の検出とは、検出領域ＡＡ全体のフォトダイオードＰＤの検出が行われることを示す。図７に示す例では、１フレーム（１Ｆ）の検出は、最終行の複数のゲート線ＧＣＬ（Ｍ）の読み出しが完了した後から、複数のゲート線ＧＣＬ（１）からゲート線ＧＣＬ（Ｍ）までの各行のフォトダイオードＰＤの読み出しが完了するまでの検出を示す。

図８は、下部電極の電極部及び開口部とそれぞれ重なる領域での、下部バッファ層の電位を説明するための説明図である。図８は、下部電極２３の一部を拡大して示し、１つの第２電極部２３ｂと、第２電極部２３ｂに隣接する開口部ＯＰ１を示している。また、図８において、符号「３２（Ｐｅｘ）」は、下部バッファ層３２の露光期間Ｐｅｘ後の電位を示し、符号「３２（Ｐｒｄ）」は、下部バッファ層３２の読み出し期間Ｐｄｅｔ後の電位を示す。これらの下部バッファ層３２の電位は、下部バッファ層３２のシート抵抗（高抵抗、中抵抗、低抵抗）ごとに示している。また、図８では、上部電極２４の電位を一定として下部バッファ層３２の電位の変化を示している。

図８において、下部バッファ層３２が高抵抗とは、下部バッファ層３２のシート抵抗が１×１０^１３Ω／□よりも大きい値である場合を表す。下部バッファ層３２が中抵抗とは、下部バッファ層３２のシート抵抗が１×１０^１０Ω／□以上１×１０^１３Ω／□以下の値である場合を表す。下部バッファ層３２が低抵抗とは、下部バッファ層３２のシート抵抗が１×１０^１０Ω／□よりも小さい値である場合を表す。

図８に示すように、下部バッファ層３２が高抵抗の場合、開口部ＯＰ１と重なる領域の下部バッファ層３２のフォトキャリア（電子又は正孔）は、読み出し期間Ｐｄｅｔで下部電極２３（第２電極部２３ｂ）にほとんど流れない。また、露光期間Ｐｅｘでも、開口部ＯＰ１と重なる領域で発生したフォトキャリアを下部電極２３（第２電極部２３ｂ）まで運ぶことができない。この結果、開口部ＯＰ１と重なる領域の下部バッファ層３２の電位が上昇し、開口部ＯＰ１と重なる領域の活性層３１に電界がかからなくなり、その領域の電流Ｉｐｈｏｔｏは流れなくなる。

このように、下部バッファ層３２が高抵抗の場合、下部電極２３に複数の開口部ＯＰ１を設けることで時定数を小さくすることはできるものの、複数の開口部ＯＰ１と重なる領域の活性層３１での検出が抑制されることとなり、検出感度が低下する可能性がある。

下部バッファ層３２が中抵抗の場合、開口部ＯＰ１と重なる領域の下部バッファ層３２のフォトキャリア（電子又は正孔）は、読み出し期間Ｐｄｅｔで下部電極２３（第２電極部２３ｂ）にほとんど流れない。ただし、上述した下部バッファ層３２が高抵抗の場合と異なり、露光期間Ｐｅｘでは、開口部ＯＰ１と重なる領域で発生したフォトキャリアを下部電極２３（第２電極部２３ｂ）まで運ぶことができる。この結果、開口部ＯＰ１と重なる領域の下部バッファ層３２の電位の上昇が一定のレベルに抑制され、開口部ＯＰ１と重なる領域の活性層３１にも電界がかかり、この領域の電流Ｉｐｈｏｔｏも流れる。

このように、下部バッファ層３２が中抵抗の場合、下部電極２３に複数の開口部ＯＰ１を設けることで、下部電極２３の時定数を小さくすることができ、かつ、複数の開口部ＯＰ１と重なる領域の活性層３１でも検出が可能であり、検出感度の低下を抑制することができる。本実施形態の下部バッファ層３２のシート抵抗は、１×１０^１０Ω／□以上１×１０^１３Ω／□以下の中抵抗であって、例えば３．３×１０^１１Ω／□程度である。

下部バッファ層３２が低抵抗の場合、下部バッファ層３２が高抵抗及び中抵抗の場合と異なり、開口部ＯＰ１と重なる領域の下部バッファ層３２のフォトキャリア（電子又は正孔）は、読み出し期間Ｐｄｅｔで下部電極２３（第２電極部２３ｂ）にほとんど流れることとなる。したがって、下部バッファ層３２が低抵抗の場合、下部電極２３に複数の開口部ＯＰ１を設けた場合にも検出感度の低下を抑制することはできる。ただし、読み出し時の、開口部ＯＰ１と重なる領域の下部バッファ層３２の電位が低いので、下部電極２３と上部電極２４との間の見かけの容量が低下せず、時定数を小さくすることが困難となる場合がある。

以上のように、下部バッファ層３２が中抵抗の場合、下部電極２３に複数の開口部ＯＰ１を設けることで、下部電極２３の時定数を小さくするとともに、検出感度の低下を抑制するという効果が得られる。また、下部バッファ層３２が低抵抗又は高抵抗の場合、検出装置１に要求される特性（時定数、検出感度等）に応じて、複数の開口部ＯＰ１の数、面積を適切に設定することができる。

（第１変形例）
図９は、第１変形例に係る検出装置の、下部電極を拡大して示す平面図である。図９に示すように、第１変形例に係る検出装置１Ａにおいて、下部電極２３Ａの複数の開口部ＯＰ２は、それぞれ四角形状に形成され、マトリクス状に配置される。

言い換えると、複数の下部電極２３Ａの、第１方向Ｄｘに延在する複数の第１電極部２３ａと、第２方向Ｄｙに延在する複数の第２電極部２３ｂとは、互いに交差して格子状に配置される。複数の開口部ＯＰ２は、それぞれ２つの第１電極部２３ａと２つの第２電極部２３ｂとで囲まれた領域に形成される。なお、複数の開口部ＯＰ２の数、面積、配置パターン等は、検出装置１に要求される時定数、検出感度等に応じて適宜変更することができる。

また、第１変形例では、下部電極２３Ａは、１箇所のコンタクトホールＣＨを介して給電配線２６に電気的に接続される。上述した実施形態に比べて、給電配線２６と下部電極２３Ａとの接続抵抗は大きくなるものの、コンタクトホールＣＨによる凹凸が小さくなり、フォトダイオードＰＤの下部バッファ層３２、活性層３１及び上部バッファ層３３の平坦性を高めることができる。

（第２変形例）
図１０は、第２変形例に係る検出装置の、下部電極を拡大して示す平面図である。図１０に示すように、第２変形例に係る検出装置１Ｂにおいて、下部電極２３Ｂの複数の開口部ＯＰ３は、それぞれスリット状に形成され、複数のフォトダイオードＰＤの配列方向（例えば第１方向Ｄｘ）に対して所定の角度を有して延在する。複数の開口部ＯＰ３は、コンタクトホールＣＨを通り第１方向Ｄｘに延在する仮想線に対して、線対称になるように配置される。また、複数の開口部ＯＰ３は、給電配線２６と下部電極２３Ｂとのコンタクト部であるコンタクトホールＣＨから放射状に延在する。

言い換えると、複数の下部電極２３Ｂは、第１方向Ｄｘに延在する複数の第１電極部２３ａと、第２方向Ｄｙに延在する複数の第２電極部２３ｂと、第１電極部２３ａ及び第２電極部２３ｂに対して所定の角度を有して延在する複数の第３電極部２３ｃと、を有する。複数の第３電極部２３ｃは、２つの第１電極部２３ａと２つの第２電極部２３ｂとで囲まれた矩形状の領域内に配置される。また、複数の第１電極部２３ａは、第２方向Ｄｙに３本並んで配置され、複数の第３電極部２３ｃは、第２方向Ｄｙの中央部に位置する第１電極部２３ａに対して、線対称になるように配置される。

本変形例では、上述した第１変形例に比べて、下部電極２３Ｂの給電配線２６とのコンタクト部（コンタクトホールＣＨ）から、例えば下部電極２３Ｂの右上隅の、コンタクトホールＣＨから離れた位置までの、給電時の電流経路Ｉｐを短くすることができる。すなわち、本変形例では、下部電極２３Ｂに設けられたコンタクトホールＣＨの数が少ない場合であっても、下部電極２３Ｂへの給電抵抗を低減することができる。

なお、上述した第１実施形態、第１変形例及び第２変形例では、下部電極２３、２３Ａ、２３ＢがフォトダイオードＰＤのアノード電極であり、上部電極２４がフォトダイオードＰＤのカソード電極である。ただし、これに限定されず、下部電極２３、２３Ａ、２３ＢがフォトダイオードＰＤのカソード電極であり、上部電極２４がフォトダイオードＰＤのアノード電極であってもよい。この場合において、フォトダイオードＰＤは、下部バッファ層３２が電子輸送層を含み構成され、上部バッファ層３３が正孔輸送層を含み構成される。

下部電極２３、２３Ａ、２３Ｂは、いずれも外形が四角形状であるが、これに限定されない。下部電極２３、２３Ａ、２３Ｂは、多角形状、円形状等の他の形状であってもよい。

以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した各実施形態及び各変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

１、１Ａ、１Ｂ 検出装置
１０ センサ部
１１ 検出制御回路
１５ ゲート線駆動回路
１６ 信号線選択回路
２１ 基板
２３、２３Ａ、２３Ｂ 下部電極
２３ａ 第１電極部
２３ｂ 第２電極部
２３ｃ 第３電極部
２４ 上部電極
２６ 給電配線
２８ 封止膜
３１ 活性層
３２ 下部バッファ層
３３ 上部バッファ層
４０ 検出部
４８ 検出回路
ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３ 開口部
ＰＤ フォトダイオード
ＡＡ 検出領域
ＧＡ 周辺領域

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板に配列された複数のフォトダイオードと、を有し、
   複数の前記フォトダイオードは、それぞれ前記基板の上に下部電極、下部バッファ層、活性層、上部バッファ層及び上部電極の順に積層され、
   複数の前記下部電極には複数の開口部が設けられており、
   複数の前記下部電極の各々は、第１方向に延在し、前記第１方向と交差する第２方向で離隔して配置された２つの第１電極部と、前記第２方向に延在し、前記第１方向に配列された複数の第２電極部と、を含み、
   前記下部電極の複数の前記開口部の各々は、前記２つの第１電極部と、前記複数の第２電極部のうち隣接する２つの第２電極部と、で閉ループ状に囲まれており、
   前記下部電極の複数の前記開口部は、前記第１方向に配列され、前記第２方向に延在する長方形状に形成され、
   平面視で、複数の前記第２電極部と交差して前記第１方向に延在し、前記下部電極に給電するための給電配線を有し、
   前記給電配線は、複数の前記第２電極部の各々の、前記第２方向の中央部に設けられたコンタクトホールを介して、前記下部電極に電気的に接続される
   検出装置。
2. 基板と、
   前記基板に配列された複数のフォトダイオードと、を有し、
   複数の前記フォトダイオードは、それぞれ前記基板の上に下部電極、下部バッファ層、活性層、上部バッファ層及び上部電極の順に積層され、
   複数の前記下部電極には複数の開口部が設けられており、
   複数の前記下部電極の各々は、
   前記下部電極の外周に位置する第１辺の電極部と、
   前記第１辺の電極部と第１方向で対向して配置される第２辺の電極部と、
   前記第１辺の電極部と前記第２辺の電極部との間に設けられ、前記第１方向と交差する第２方向で対向して配置される第３辺の電極部及び第４辺の電極部と、
   前記第１辺の電極部から前記第４辺の電極部で囲まれた領域に形成され、前記第１方向に延在して前記第１辺の電極部と前記第２辺の電極部とを接続する１つの第１枝電極と、を有し、
   複数の前記下部電極の各々において、複数の開口部は、
   前記１つの第１枝電極と、前記第１辺の電極部と、前記第２辺の電極部と、前記第３辺の電極部とで囲まれた領域に設けられ、前記１つの第１枝電極から、前記第１方向及び前記第２方向と所定の角度を有して斜め方向に延在する複数の第１開口部と、
   前記１つの第１枝電極と、前記第１辺の電極部と、前記第２辺の電極部と、前記第４辺の電極部とで囲まれた領域に設けられ、前記１つの第１枝電極から、前記複数の第１開口部と反対側に、かつ、前記第１方向及び前記第２方向と所定の角度を有して斜め方向に延在する複数の第２開口部と、を含み、
   前記複数の第１開口部は、スリット状に形成され、互いに平行な方向に延在し、
   前記複数の第２開口部は、スリット状に形成され、互いに平行な方向に延在するとともに、前記第１枝電極に対して、前記複数の第１開口部と線対称に配置され、
   前記下部電極に接続された給電配線を有し、
   前記給電配線と前記下部電極とのコンタクト部は、前記第１辺の電極部の前記第２方向の中央部に１つのみ設けられる
   検出装置。
3. 前記下部バッファ層は、正孔輸送層又は電子輸送層のいずれか一方を含み、
   前記上部バッファ層は、前記正孔輸送層又は前記電子輸送層のいずれか他方を含む
   請求項１又は請求項２に記載の検出装置。
4. 前記下部バッファ層のシート抵抗は、１×１０^１０Ω／□以上１×１０^１３Ω／□以下である
   請求項１又は請求項２に記載の検出装置。